我國機器視覺光源專利特點分析

李鳳嬌，葉亞楠

（國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作湖北中心，湖北武漢，430000）

我國機器視覺光源專利特點分析

李鳳嬌，葉亞楠

（國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作湖北中心，湖北武漢，430000）

機器視覺是人工智能獲取信息的重要方式，光源對機器視覺效果有重要影響。本文詳細地分析了中文專利庫中機器視覺光源專利申請量趨勢，專利申請區(qū)域、申請人身份的分布規(guī)律，并且介紹了機器視覺光源專利申請的主要技術分支。從中可以看出機器視覺光源領域近幾年處于行業(yè)爆發(fā)期，同時未來仍有大的發(fā)展空間。

機器視覺；光源；專利

0 引言

機器視覺是通過光學裝置和非接觸的傳感器自動地、實時地獲取物體圖像，并通過圖像處理獲得有用信息[1]。一般地機器視覺系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)、圖像采集傳感器、圖像采集卡以及圖像處理系統(tǒng)。近些年隨著高分辨率、高集成度圖像傳感器產業(yè)的成熟，低價格的獲取高質量標準化的圖像傳感器成為容易之事，加上計算機科學技術，信息處理設備的微型化、便攜化，通過直接的“拍照”快速獲取信息的方式正逐漸深入到各行各業(yè)，尤其是批量作業(yè)、危險辦公環(huán)境。光源是機器視覺獲取圖像的基礎，通過對光源的改進與設計可以高效的提取分離出目標信息，極大地提高圖像處理和識別的效率，提高系統(tǒng)的測量精度和可靠性[2-3]；反之，光源的錯誤使用則會造成圖像處理復雜度提高，系統(tǒng)設計效率低下。因此，光源照明設計是決定系統(tǒng)成敗的首要因素。

專利是保護人們創(chuàng)新成果的重要方式，也是社會培養(yǎng)創(chuàng)新氛圍、鼓勵創(chuàng)新的重要利器。在專利產業(yè)日漸成熟的今天，除單個專利的創(chuàng)新能夠使國家獲益之外，建立在大量專利數據之上的分析更是能夠給國家或企業(yè)提供某個行業(yè)的成熟度、發(fā)展周期等信息，從而有利于國家或企業(yè)的戰(zhàn)略布局。

本文通過在中文專利數據庫中對“機器視覺光源”這一細分領域進行檢索分析，從中可以看出該領域近幾年處于行業(yè)的爆發(fā)期，未來仍有大的發(fā)展空間。具體分析的內容為專利申請數量、專利申請區(qū)域、專利申請人的變化趨勢或者分布以及專利申請的主要技術分支。

1 機器視覺光源領域的中國專利申請狀況

機器視覺是隨著計算機技術、光電技術的發(fā)展進步，逐步從理論走向應用的[4]。機器視覺系統(tǒng)在配套照明系統(tǒng)提供的照明下，通過專門光路，將目標信息傳遞到圖像傳感器，由圖像處理系統(tǒng)根據圖像亮度、顏色等信息進一步獲得目標的特征。由于圖像傳感器、圖像處理系統(tǒng)的相似性，不同的應用場合，差異最大的是照明系統(tǒng)。

在CNABS數據庫中，以“機器”，“視覺”，“照明、光源”等關鍵詞進行組合，結合分類號“G01N21/88、G01B11/00”進行初步檢索，并對于2017年3月20日前公開的專利申請進行篩選，人工刪除明顯不屬于“機器視覺”領域的專利之后，共得到1144件相關中國專利申請。

1.1 專利申請量的趨勢分析

利申請量隨時間的變化能夠表明某項技術的社會關注度和技術在社會中的滲透程度。圖1中示出了中文專利庫中“機器視覺光源”的專利申請量隨時間的變化趨勢。分析發(fā)現，2000年之前，機器視覺光源專利申請僅有極少量，且申請人大多為國外的企業(yè)；2000年之后，隨著數字圖像傳感器的發(fā)展和信息技術的成熟，人們逐漸認識到在線圖像檢測系統(tǒng)的巨大實際應用價值，專利申請量也隨之大幅度增加，進入了快速的成長期。2009年之后年均申請量超過60件，并且持續(xù)上升。從上述趨勢可以看出，機器視覺光源技術目前還處于技術發(fā)展期，遠未飽和。另外，“機器視覺光源”專利中針對光源發(fā)光體本身的創(chuàng)新較少，發(fā)明點主要集中在特定使用場合下光源結構的創(chuàng)新，因此，從2010年之后專利申請量的暴增上也能夠看出“機器視覺”對其它行業(yè)的滲透領域越來越廣。

1.2 專利申請區(qū)域分析

現在是社會化大分工的時代，不同產業(yè)由于配套產業(yè)鏈的關系往往集中在特定的區(qū)域。通過對某一行業(yè)的專利申請區(qū)域進行分析，能夠表明該技術的區(qū)域發(fā)展規(guī)律、產業(yè)成熟度。圖2按省份對“機器視覺光源”領域的國內專利申請進行了分析，把其它國家申請人統(tǒng)一標記為“國外”。在機器視覺光源領域的國內專利申請中，申請量排名前5位的國內省市分別是江蘇、廣東、北京、上海、浙江，其申請量占據總申請量的一半以上。一個明顯有趣的規(guī)律是這些省份都屬于我國經濟發(fā)展第一梯隊。這樣的趨勢說明“機器視覺光源”有相對高的技術壁壘。另外一個非常值得注意的是國外申請人比例高達21%，一方面是由于該領域國外發(fā)展較早，另一方面也可以看出國外申請人對中國市場的重視程度和較強的知識產權意識。

圖1 機器視覺光源專利申請量與年份關系

圖2 機器視覺光源領域中國專利申請量區(qū)域分布圖

在國內，科研創(chuàng)新有兩大主體：一是高校和科研院所；二是廣大的企業(yè)。這兩個不同的創(chuàng)新主體在產業(yè)發(fā)展不同階段具有明顯不同的行為。圖3對國內專利申請區(qū)域構成做了進一步分析，把專利分類為企業(yè)申請和科研院所申請。從中能夠看出很多有意思的現象。第一：國外申請人在我國的專利申請95%以上都是企業(yè)，這一方面說明國外企業(yè)對我國市場的重視，另一方面也說明知識產權已經成為西方企業(yè)固化優(yōu)勢的重要利器。第二：我國在該領域專利申請總量排名靠前的省份，其企業(yè)和科研院所都有較高的專利申請量，這說明這些地區(qū)研究院所和企業(yè)已經成長為兩支技術創(chuàng)新的重要力量。第三：對于廣大內地省份，一個明顯的特征是科研院所在該領域專利申請量明顯多于企業(yè)，這里面最有代表性質的是中部省份“湖北省”。從內地省份與一線城市不同省份的專利申請人對比中能夠看出：內地省份在“機器視覺光源”領域有待進一步發(fā)展，充分利用科研院所的人才和創(chuàng)新成果對內地省份發(fā)展機器視覺光源將大有裨益。

圖3 國內專利申請區(qū)域構成

2 專利申請主要技術分支分析

國內在機器視覺光源領域已公開的專利申請，其發(fā)明點主要涉及光源的類型、光源的形狀和光源的布局。光源的類型主要有白熾燈、鹵素燈、氙燈、紅外、熒光、X射線以及LED，以上光源因其波長分布、光強、尺寸特點，有著不同的應用。光源形狀主要有條形光源、方形傾斜光源、環(huán)形光源和圓頂式光源等。光源布局按照不同的分類方法可以分為：明場照明、暗場照明；前向照明、背向照明。

現有關于“機器視覺光源”的專利申請中，其發(fā)明點主要集中在針對不同使用場合的光源形狀創(chuàng)新上。接下來主要介紹專利申請中不同的光源形狀的特點和應用。條形光源可以從任意角度提供斜射照明照射檢測對象，光線被反射后形成強烈的明暗差，用于對尺寸的測量以及表面或者邊緣缺陷的測量，如手機屏幕、觸摸面板、汽車座椅等。方形傾斜光源可以在不同方向提供不同高度或角度的光線，主要用于傳送帶、LCD面板、金屬板等。環(huán)形光源則具有好的光束均勻性，應用于需要不同照射角度的對象，尤其適用于圓形物體的檢測，如紡紗紗筒、草莓、軸類零件等。圓頂光源利用半球反射面使光線向四周擴散漫射，適用于表面具有光澤或者形狀不規(guī)則具有球面、曲面等表面角度復雜的對象，如蛋殼、微滴、晶片等。

通過以上對光源形狀的特點和應用分析，可以發(fā)現不同的形狀的光源各有其特點和應用場合。沒有一種能解決所有場合問題的光源形式。隨著工業(yè)化和智能化的發(fā)展，可以預測，“機器視覺”應用會越來越廣，針對應用領域設計相適應的光源形狀將繼續(xù)是該領域專利申請的主流。

3 總結和展望

本文通過對“機器視覺光源”領域國內專利申請的詳細分析，能夠清晰的看出“機器視覺光源”近年來在國內的快速發(fā)展；結合專利申請區(qū)域分析和申請人性質分析，能夠看出“機器視覺光源”在一線城市有較集中的發(fā)展，并且科研院所和企業(yè)已經成長為創(chuàng)新的兩股重要力量。對于內部省份，更多的是科研院所在該領域的創(chuàng)新，內地省份運用好科研院所的人才和創(chuàng)新對該領域發(fā)展非常重要。一個值得警醒的事情是，國外機構尤其是國外企業(yè)已經在該領域在國內布局專利，現在已經有高達21%的申請量，我國的創(chuàng)新機構一定要重視知識產權，加強創(chuàng)新。最后，提出一點該領域發(fā)展的思考和建議：（1）大量積累專利數量，增強該領域對其它領域的滲透；（2）進一步加強產學研的結合，尤其是內地省份；（3）注意本企業(yè)或組織在國外的專利布局。

[1]韓建海著.工業(yè)機器人[M].武漢：華中科技大學出版社，2015:157-168.

[2]周昌樂著.智能系統(tǒng)與技術叢書智能科學技術導論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015: 51-55.

[3]張巧芬等.機器視覺中照明技術的研究進展[J].照明工程學報,2011,(22):31-37.

[4]王漢華，劉興亮，張小平著.智能爆炸開啟智人新時代[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015: 82-86.

李鳳嬌，女，1987年生，碩士研究生，研究實習員，主要從事發(fā)明專利實質審查工作。

葉亞楠（文章貢獻等同于第一作者），女，1988年生，碩士研究生，主要從事發(fā)明專利實質審查工作。

Analysis on the Characteristics ofPatents of Machine Vision Light Source in China

Li Fengjiao，Ye Yanan
（Patent Examination Cooperation Hubei Center of Patent Office, SIPO，Wuhan Hubei,430000）

The machine vision, especiallythe light sourceplayed an important role on the artificial intelligence.This paper firstly analyzed the trend of patent applications of machine vision light source in Chinese patent, the distribution of patent application areas, etc.We could know that the machine vision light industry wasstill developing in future.

machinevision; lighting; patent